(57)【要約】【課題】車輪支持用転がり軸受ユニット２５に対する荷重の作用点の変動に拘らず、前後方向のラジアル荷重Ｆｘを精度良く求められる構造を実現する。【解決手段】各センサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2 の出力信号同士の間に存在する差に基づいて、外輪１とハブ２との相対変位の方向及び量を求める。次いで、これら外輪１とハブ２との相対変位の方向及び量に基づいてこれら外輪１とハブ２との間に作用するラジアル荷重Ｆｘを測定する為の適正位置に関する軸方向距離Ｌを求める。そして、この適正位置に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｘを求める。【選択図】図２
2007198992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットとラジアル荷重測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する部分に、この回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する部分と同心に設けられたエンコーダと、回転しない部分に支持固定されたセンサ装置と、演算器とを備えたものであり、
上記エンコーダは、周面の特性を交互に変化させると共に、この変化の位相又はピッチを軸方向に関して漸次変化させたものであり、
上記センサ装置は、それぞれの検出部を上記エンコーダの周面の互いに異なる位置に対向させた複数個のセンサを備えており、
上記演算器は、これら各センサの出力信号同士の間に存在する差に基づいて、上記両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求める第一の機能と、これら両軌道輪同士の相対変位の方向及び量に基づいてこれら両軌道輪同士の間に作用するラジアル荷重を測定する為の適正位置を求める第二の機能と、この適正位置に基づいてこのラジアル荷重を求める第三の機能とを有する
転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２】
エンコーダは、周面のうちで互いに軸方向に外れた２個所位置に設けられた第一、第二の特性変化部を備えたもので、これら両特性変化部の特性は、円周方向に関して交互に、且つ、互いに同じピッチで変化しており、少なくとも上記第一の特性変化部の特性変化の位相が軸方向に関し、上記第二の特性変化部と異なる状態で漸次変化しており、各センサのうちの一部である１対のセンサが、円周方向に関して互いに同位置で上記第一の特性変化部と上記第二の特性変化部とに対向すると共に、円周方向に関して別の個所に設けた他の１対のセンサが、円周方向に関して互いに同位置で上記第一の特性変化部と上記第二の特性変化部とに対向しており、演算器は第一の機能で、円周方向に異なる各部毎に１対ずつ設けたセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、これら各部での両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求め、更に、これら各部でのこれら両軌道輪同士の相対変位の方向及び量に基づいて、これら両軌道輪全体での相対変位の方向及び量を求める、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項３】
センサが３対６個設けられており、第一のセンサの対がエンコーダの上端部で、第二のセンサの対がエンコーダの下端部で、第三のセンサの対がエンコーダの水平方向端部で、それぞれエンコーダの周面に設けた第一の特性変化部と第二の特性変化部とに対向しており、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる、これら両軌道輪の軸方向に対し直角方向である水平方向のラジアル荷重を求める、請求項２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項４】
演算器は、第一の機能で、
第一のセンサの対に関する位相差に基づいてエンコーダの上端部の軸方向変位△ｙU を、第二のセンサの対に関する位相差に基づいてこのエンコーダの下端部の軸方向変位△ｙB を、それぞれ求めてから、
上記上下両端部の軸方向変位△ｙU 、△ｙB に基づいて、このエンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC 、及び、この軸方向に対し直角な水平方向である、前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘを、それぞれ求め、
次いで、この前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと、上記エンコーダの上下両端部で、第一、第二の特性変化部の何れかで同じ特性変化部に対向する、上下１対のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差とに基づいて、上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC を求めると共に、
第三のセンサの対に関する位相差に基づいて、上記エンコーダの前後方向端部の軸方向変位△ｙS を求めてから、
この前後方向端部の軸方向変位△ｙS と、上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とから、上下方向軸ｚ回りの傾斜角度Ｒｚを求め、
第二の機能で、
上記前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とのうちの少なくとも一方に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に加わるアキシアル荷重Ｆｙを求め、
このアキシアル荷重Ｆｙに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との前後方向に関する変位△ｘを測定するのに適切な、軸方向位置に関する距離Ｌを求めてから、
第三の機能で、
上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC と上記上下方向軸ｚ回りの傾斜角度Ｒｚとに基づいて、上記距離Ｌに対応する、この前後方向に関する適正位置での変位△ｘBESTを求め、
上記適正位置での変位△ｘBESTに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に水平方向に加わるラジアル荷重Ｆｘを求める、
請求項３に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項５】
エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC と前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘとに基づいて、各転動体に付与されている予圧を求め、この予圧とアキシアル荷重Ｆｙとに基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との前後方向に関する変位△ｘを測定するのに適切な、軸方向位置に関する距離Ｌを求める、請求項４に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項６】
センサが３対６個設けられており、第一のセンサの対がエンコーダの上端部又は下端部で、第二のセンサの対がエンコーダの水平方向一端部で、第三のセンサの対がエンコーダの水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に設けた第一の特性変化部と第二の特性変化部とに対向しており、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる上下方向のラジアル荷重を求める、請求項２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項７】
センサが４対８個設けられており、第一のセンサの対がエンコーダの上端部で、第二のセンサの対がエンコーダの下端部で、第三のセンサの対がエンコーダの水平方向一端部で、第四のセンサの対が水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に設けた第一の特性変化部と第二の特性変化部とに対向しており、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる水平方向のラジアル荷重及び上下方向のラジアル荷重を求める、請求項２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項８】
エンコーダは、周面に互いに異なる特性を有する第一特性部と第二特性部とを交互に配置したものであり、この周面の円周方向に関する幅が、この第一特性部に関しては軸方向一端から他端に向けて漸増しており、上記第二特性部に関しては軸方向一端から他端に向けて漸減しており、演算器は第一の機能で、円周方向に異なる各部毎に１個ずつ設けたセンサの出力信号のデューティ比に基づいて、これら各部での両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求め、更に、これら各部でのこれら両軌道輪同士の相対変位の方向及び量に基づいて、これら両軌道輪全体での相対変位の方向及び量を求める、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項９】
センサが３個設けられており、第一のセンサがエンコーダの上端部で、第二のセンサがエンコーダの下端部で、第三のセンサがエンコーダの水平方向端部で、それぞれエンコーダの周面に対向しており、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる、これら両軌道輪の軸方向に対し直角方向である、水平方向のラジアル荷重を求める、請求項８に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１０】
演算器は、第一の機能で、
第一のセンサの出力信号のデューティ比に基づいてエンコーダの上端部の軸方向変位△ｙU を、第二のセンサの出力信号のデューティ比に基づいてこのエンコーダの下端部の軸方向変位△ｙB を、それぞれ求めてから、
上記上下両端部の軸方向変位△ｙU 、△ｙB に基づいて、このエンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC 、及び、この軸方向に対し直角な水平方向である前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘを、それぞれ求め、
次いで、この前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと、上記第一、第二のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差とに基づいて、上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC を求めると共に、
第三のセンサのデューティ比に基づいて上記エンコーダの前後方向端部の軸方向変位△ｙS を求めてから、
この水平方向端部の軸方向変位△ｙS と、上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とから、上下方向軸ｚ回りの傾斜角度Ｒｚを求め、
第二の機能で、
上記前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とのうちの少なくとも一方に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に加わるアキシアル荷重Ｆｙを求め、
このアキシアル荷重Ｆｙに基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との前後方向に関する変位△ｘを測定するのに適切な、軸方向位置に関する距離Ｌを求めてから、
第三の機能で、
上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC と上記上下方向軸ｚ回りの傾斜角度Ｒｚとの基づいて、上記距離Ｌに対応する、この前後方向に関する適正位置での変位△ｘBESTを求め、
上記適正位置での変位△ｘBESTに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に水平方向に加わるラジアル荷重Ｆｘを求める、
請求項３に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１１】
エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC と前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘとに基づいて、各転動体に付与されている予圧を求め、この予圧とアキシアル荷重Ｆｙとに基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との前後方向に関する変位△ｘを測定するのに適切な、軸方向位置に関する距離Ｌを求める、請求項１０に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１２】
センサが３個設けられており、第一のセンサがエンコーダの上端部又は下端部で、第二のセンサがエンコーダの水平方向一端部で、第三のセンサがエンコーダの水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に対向しており、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる上下方向のラジアル荷重を求める、請求項８に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１３】
センサが４個設けられており、第一のセンサがエンコーダの上端部で、第二のセンサがエンコーダの下端部で、第三のセンサがエンコーダの水平方向一端部で、第四のセンサが水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に対向しており、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる水平方向のラジアル荷重及び上下方向のラジアル荷重を求める、請求項８に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１４】
静止側軌道輪が外輪であり、回転側軌道輪がこの外輪の内径側に配置されて車輪と共に回転するハブであり、転動体が、このハブの外周面に形成された複列の内輪軌道と上記外輪の内周面に形成された複列の外輪軌道との間に複列に分けて、両列同士の間で接触角の方向を互いに逆にした状態で設けられている、請求項１〜１３のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１５】
エンコーダがハブの軸方向内端部に、このハブよりも軸方向内方に突出する状態で、このハブと同心に支持固定されており、各センサが、外輪の軸方向内端部に支持固定されたカバーの内周面に設置されている、請求項１４に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１６】
エンコーダが、ハブの軸方向外端部に、このハブと同心に支持固定されたディスクロータの外周面に設けられており、各センサが、懸架装置を構成する部材の一部に設置されている、請求項１４に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１７】
エンコーダが、ハブの軸方向内端部に、このハブと同心に支持固定された等速ジョイントの外周面に設けられており、各センサが、懸架装置を構成する部材の一部に設置されている、請求項１４に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の対象となる転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わされた静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる荷重を求める為に利用する。更に、この求めた荷重を、自動車等の車両の走行安定性確保を図る為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型等の転がり軸受ユニットにより、回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、例えば非特許文献１に記載されている様な、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更には、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて、特許文献１には、複列アンギュラ型の玉軸受ユニットである転がり軸受ユニットを構成する１対の列の玉の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関する発明が記載されている。この様な特許文献１に記載された発明の場合には、上記各列の玉の公転速度を、これら各玉を保持した保持器の回転速度として測定する。但し、この保持器に設けたポケットの内面と上記各玉の転動面との間には、これら各玉の転動を可能にする為の隙間（ポケット隙間）が存在する為、上記各列の玉の公転速度と上記保持器の回転速度との間には微妙なずれを生じる場合がある。そして、ずれが生じた場合には、上記荷重の測定精度が、このずれの分だけ悪化する。
【０００４】
この様な原因での荷重の測定精度の悪化を防止できる構造として、特願２００５−１４７６４２号には、荷重の作用方向に配置された１対のセンサの出力信号の位相差に基づき、転がり軸受ユニットに加わる荷重の大きさを測定する発明が開示されている。図８〜１１は、上記出願に開示された第一の先発明の構造を示している。この第一の先発明に係る構造は、図８に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、回転側軌道輪であって車輪を支持固定（結合固定）するハブ２を、複数個の転動体３、３を介して回転自在に支持している。そして、このハブ２の中間部にエンコーダ４（４ａ）を外嵌固定すると共に、上記外輪１の軸方向中間部で複列に配置された上記各転動体３、３の間部分に１対のセンサ５、５（５ａ、５ａ）を、それぞれの検出部を、特性変化部（被検出面）である上記エンコーダ４（４ａ）の外周面に近接対向させた状態で設けている。尚、上記センサ５、５（５ａ、５ａ）の検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を組み込んでいる。
【０００５】
図９〜１０に示した構造の場合、上記エンコーダ４として、永久磁石製のものを使用している。特性変化部である、このエンコーダ４の外周面には、Ｎ極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これらＮ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との境界は、上記エンコーダ４の軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダ４の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）、「く」字形となっている。
【０００６】
又、上記両センサ５、５の検出部が上記エンコーダ４の外周面に対向する位置は、このエンコーダ４の円周方向に関して同じ位置としている。言い換えれば、上記両センサ５、５の検出部は、上記外輪１の中心軸を含む同一仮想平面上に配置されている。又、この外輪１と上記ハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分（境界の傾斜方向が変化する部分）が、上記両センサ５、５の検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材４、５、５の設置位置を規制している。尚、図９〜１０に示した構造の場合には、上記エンコーダ４として永久磁石製のものを使用しているので、上記両センサ５、５側に永久磁石を組み込む必要はない。
【０００７】
上述の様に構成する第一の先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ５、５の出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しておらず、これら外輪１とハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ５、５の検出部は、図１０の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【０００８】
これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図１０の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用し（外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位し）た場合には、上記両センサ５、５の検出部は、図１０の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図１０の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ５、５の検出部は、図１０の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【０００９】
上述の様に第一の先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、上記両センサ５、５の出力信号の位相が、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重の作用方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ５、５の出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って、上記両センサ５、５の出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。
【００１０】
又、上記第一の先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、ハブ２の中間部に外嵌固定するエンコーダ４ａとして、図１１に示す様な磁性金属板製のものを使用する事もできる。特性変化部である、上記エンコーダ４ａの外周面には、スリット状の透孔６ａ、６ｂと柱部７ａ、７ｂとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔６ａ、６ｂと各柱部７ａ、７ｂとは、上記エンコーダ４ａの軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダ４ａの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、このエンコーダ４ａは、軸方向片半部に、上記軸方向に対し所定方向に同じだけ傾斜した透孔６ａ、６ａを形成すると共に、軸方向他半部に、この所定方向と逆方向に同じ角度だけ傾斜した透孔６ｂ、６ｂを形成している。
【００１１】
一方、外輪１の軸方向中間部で複列に配置された転動体３、３同士の間部分に、前記１対のセンサ５ａ、５ａを設置し、これら両センサ５ａ、５ａの検出部を、上記エンコーダ４ａの外周面に近接対向させる。これら両センサ５ａ、５ａの検出部がこのエンコーダ４ａの外周面に対向する位置は、このエンコーダ４ａの円周方向に関して同じ位置としている。又、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記各透孔６ａ、６ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部８が、上記両センサ５ａ、５ａの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材４ａ、５ａ、５ａの設置位置を規制している。尚、上記単なる磁性材製のエンコーダ４ａを使用する場合には、上記両センサ５ａ、５ａの側に永久磁石を組み込む。
【００１２】
上述の様な単なる磁性材製のエンコーダ４ａを使用する場合も、前述した永久磁石製のエンコーダ４を使用する場合と同様に、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。
【００１３】
又、特願２００５−２５６７５２号には、図１２〜１５に示す様な構造で、外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重を、これら外輪１の中心軸とハブ２の中心軸との傾きから求める発明が記載されている。この第二の先発明の構造の場合、磁性金属板製のエンコーダ４ｂの先半部に設けた円筒状部９にスリット状の透孔６、６を、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各透孔６、６は、それぞれが上記円筒状部９の軸方向に対し傾斜した、直線状である。又、上記外輪１の内端部に嵌合固定した、有底円筒状のカバー２１の内周面の直径方向反対側２個所位置に、１対のセンサ５ｂ、５ｃを支持している。上記図１２〜１５に示した構造の場合には、車輪１１を構成するタイヤ１２と路面１３との接触部（接地面部分）に車両の幅方向に加わるアキシアル荷重を求める事を意図している為、一方のセンサ５ｂを上記カバー２１の上端部内周面に、他方のセンサ５ｃをこのカバー２１の下端部内周面に、それぞれ支持固定している。
【００１４】
又、上記外輪１の中心軸と上記ハブ２（の内端部に外嵌固定した上記エンコーダ４ｂ）の中心軸とが一致している状態で、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出部がこのエンコーダ４ｂの外周面に対向している位置は、このエンコーダ４ｂの軸方向に関して、互いに同じ位置としている。従って、上記外輪１の中心軸と上記ハブ２の中心軸とが一致している中立状態では、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出信号の位相は、初期設定のままとなる（アキシアル荷重に基づく位相差は生じない）。
【００１５】
例えば、図１４は、上記エンコーダ４ｂの特性変化部の特性変化に対する上記両センサ５ｂ、５ｃの検出信号の（初期設定時の）位相が、互いに逆（位相差＝１８０度）となる様に構成した場合に就いて示している。この為に、例えば上記両センサ５ｂ、５ｃを逆向きに設置したり、これら両センサ５ｂ、５ｃに組み込む永久磁石の方向（Ｓ極とＮ極との方向）を互いに逆にしたり、処理回路により電気的に処理したりする。或いは、一方のセンサ５ｂの検出部が透孔６に対向する瞬間に、他方のセンサ５ｃの検出部を、隣り合う透孔６、６の間部分に対向させる。何れにしても、上記外輪１と上記ハブ２との間に荷重が加わっていない場合には、図１４に示す様に、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出部は、何れも上記エンコーダ４ｂの特性変化部の中心を走査する。この状態では、これら両センサ５ｂ、５ｃの検出信号は逆位相になり、位相差は１８０度、その位相差比（位相差Ｂ／１周期Ａ）は０．５となる。図示の例では、この位相差比Ｂ／Ａが０．５の場合が、上記アキシアル荷重が０である事を表す。又、この位相差比Ｂ／Ａが０．５よりも大きい場合にはこのアキシアル荷重が所定方向に作用している事を、同じく０．５よりも小さい場合にはこのアキシアル荷重がこの所定方向と逆方向に作用している事を、それぞれ表す。
【００１６】
即ち、上記外輪１と上記ハブ２との間にモーメントが加わり、これら外輪１とハブ２との中心軸同士が不一致になると、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出信号の位相が互いにずれる（位相差が生じる）。例えば、上記ハブ２に、前記接地面部分に加わるアキシアル荷重に基づいて、図１２に矢印で示す様な、反時計方向のモーメントが加わると、上記一方のセンサ５ｂの検出信号の位相は上記中立状態よりも進み（或いは遅れ）、上記他方のセンサ５ｃの検出信号の位相は上記中立状態よりも遅れる（或いは進む）。この結果、これら両センサ５ｂ、５ｃの検出信号同士の間に位相差が生じる。
【００１７】
図１５は、アキシアル荷重が、図１３の左方から加わり、このアキシアル荷重に基づくモーメントにより上記エンコーダ４ｂが、図１５の左下部に誇張して示す様に、反時計方向に傾斜して、このエンコーダ４ｂの上側部分が左方向に、下側部分が右方向に、それぞれ変位した状態で回転する場合に就いて示している。この場合には、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出部は、上記エンコーダ４ｂの特性変化部の幅方向に関して互いに逆方向に変位するので、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出信号同士の間に位相差が発生する。例えば、センサ５ｂの検出信号は位相が遅れる方向に、センサ５ｃの検出信号は位相が進む方向に、それぞれ変化する。この為、これら両センサ５ｂ、５ｃの検出信号同士の間に存在する位相差及び位相差比（Ｂ／Ａ）は小さくなる。上記アキシアル荷重が逆方向に作用し、上記エンコーダ４ｂが逆方向に傾斜した場合には、上記位相差及び位相差比（Ｂ／Ａ）は大きくなる。
【００１８】
上述の様にして生じる、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出信号同士の間の位相差と、上記外輪１の中心軸と上記ハブ２の中心軸との傾斜角度との間には、前記各透孔６、６の傾斜角度θ6 や、複列に配置された転動体３、３のピッチＰ、前記円筒状部９の直径等の幾何学的要因によって定まる、所定の関係（第一の関係）がある。従って、上記両センサ５ｂ、５ｃの検出信号を処理する図示しない演算器中のメモリに、上記第一の関係を表した式或いはマップを記憶させておけば、上記位相差Ｂ（位相差比Ｂ／Ａ）に基づいて上記傾斜角度を求められる。又、この傾斜角度の大きさと、上記モーメントの大きさとの間には、車輪支持用転がり軸受ユニットのモーメント剛性等により定まる、一定の関係（第二の関係）がある。そして、この第二の関係は、転がり軸受ユニットの分野で広く知られている弾性接触理論等に基づいて計算により求められる他、実験によっても求められる。従って、上記演算器中に、上記第二の関係を表した式或いはマップを記憶させておけば、上記傾斜角度に基づいて上記モーメントを求められる。
【００１９】
更に、このモーメントの大きさと、前記車輪１１を構成するタイヤ１２と路面１３との接触部（接地面部分）に車両の幅方向に加わるアキシアル荷重との間には、上記車輪１１の回転半径等により幾何学的に定まる、一定の関係（第三の関係）がある。従って、上記演算器中のメモリに、この第三の関係を表した式或いはマップを記憶させておけば、上記モーメントに基づいて上記アキシアル荷重を求められる。この様にして求めたアキシアル荷重は、上記路面１３と上記車輪１１（タイヤ１２）との接触面で生じている荷重と等価である。
【００２０】
更に、特願２００５−１２５０２９号には、図１６〜１７に示す様に、磁性金属板製のエンコーダ４ａの外周面に、３個又は４個のセンサ５ｄ〜５ｇの検出部をラジアル方向に対向させる事により、アキシアル方向及びラジアル方向の荷重を求められる構造が開示されている。詳しい説明は省略するが、この様な第三の先発明の構造によれば、外輪１とハブ２（図８、１２、１３参照）との相対変位により生じる、上記３個又は４個のセンサ５ｄ〜５ｇの出力信号同士の間の位相差に基づいて、アキシアル方向の荷重だけでなく、各ラジアル方向の荷重も求められる。
【００２１】
尚、以上に述べた、各先発明に係る構造は、複数のセンサの出力信号同時の間に存在する位相差に基づいて、各センサを設置した部分の変位の方向及び量を求める様に構成している。これに対して、１個のセンサの出力信号のデューティ比の変化に基づいて当該センサを設けた部分の変位の方向及び量を求める構造も、先に発明されている。図１８〜１９は、この様な、単一のセンサにより外輪１ａとハブ２ａとの間に加わるアキシアル方向の変位を求める構造を示している。尚、図１８〜１９に記載した構造の場合には、重量の嵩む自動車の駆動輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットを対象としている為に、転動体３ａ、３ａとして円すいころを使用している。又、回転側軌道輪であるハブ２ａの中心部に、等速ジョイントに付属のスプライン軸を挿通する為のスプライン孔１６を形成している。そして、上記ハブ２ａの中間部に、磁性金属材製で円環状のエンコーダ４ｄを外嵌固定している。このエンコーダ４ｄの外周面には、凹部１７、１７と凸部１８、１８とを、円周方向に関して交互に配置している。これら各凹部１７、１７と凸部１８、１８との円周方向に関する幅寸法は、軸方向に関して漸次変化している。
【００２２】
一方、静止側軌道輪である上記外輪１ａの中間部に形成した取付孔１９に、磁気検知式のセンサ５ｈを挿通し、このセンサ５ｈの先端部に設けた検出部を、特性変化部である、上記エンコーダ４ｄの外周面に近接対向させている。上記センサ５ｈの検出信号は、上記検出部の近傍を上記各凹部１７、１７と上記各凸部１８、１８とが交互に通過する事に伴って変化する。そして、付属の波形整形回路により矩形波とされてから、図示しない演算器に送り出される。この様に、波形整形回路から演算器に送り出される、上記センサ５ｈの検出信号のデューティ比（＝高電位継続時間／１周期）は、上記検出部が対向する、上記エンコーダ４ｄの外周面の軸方向位置によって変化する。そこで、上記デューティ比に基づいて変位を求めれば、前述の様に位相差から変位を求める場合と同様に、上記外輪１ａと上記ハブ２ａとの間に作用するアキシアル荷重を求められる。
【００２３】
以上に述べた先発明に係る各構造は、転がり軸受ユニットに対する荷重の入力位置、並びに、この転がり軸受ユニットの剛性が一定であれば、各方向に作用する荷重の測定精度を確保できる。但し、実際の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、上記入力位置及び剛性は変化し、その結果、上記測定精度を、必ずしも十分に確保できない可能性がある。この点に就いて、以下に説明する。
【００２４】
上記各先発明に係る構造は、エンコーダのアキシアル方向或いはラジアル方向の変位を検出する事で、このエンコーダを支持固定した回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用するアキシアル荷重或いはラジアル荷重を求める事を意図している。これに対して、上記エンコーダが、例えば上下方向の軸を中心として揺動変位した場合には、この揺動変位分が、上記アキシアル荷重或いはラジアル荷重の測定値に対する誤差となる。この様な、上下方向の軸を中心とするエンコーダの揺動変位に基づく誤差を補償して、上記アキシアル荷重或いはラジアル荷重を正確に求める為には、この様な上下方向の軸を中心とするエンコーダの揺動変位量を求める必要がある。そして、この揺動変位量は、理論上は、例えば図１６、１７で、エンコーダ４ａの下端部外周面で軸方向に離隔した２個所位置に対向している１対のセンサ５ｄ、５ｅの出力信号の位相差に基づいてを求める事ができる。但し、その場合には、これら両センサ５ｄ、５ｅの間隔を広くしない限り、上記揺動変位量を精度良く求める事ができず、転がり軸受ユニットの荷重測定装置の小型化を図る面からは不利である。
【００２５】
一方、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する場合、路面から車輪を介してこの転がり軸受ユニットに負荷される荷重の作用点は、タイヤの偏摩耗や空気圧不足、或いはキャンバ角の変化等によって、変動する場合がある。そして、例えば図２０に矢印αで示す様に、この作用点が車輪支持用転がり軸受ユニットの中心Ｏから大きく外れ、且つ、この作用点に前後荷重Ｆｘが作用する場合には回転側軌道輪に、この回転側軌道輪を上下方向の軸を中心として揺動変位させる方向のモーメントが加わる。この結果、この回転側軌道輪の中心軸と固定側軌道輪の中心軸とがずれ、この回転側軌道輪に支持固定したエンコーダの外周面と各センサの検出部との、前後方向に関する位置関係がずれてしまう。この状態では、上記モーメントに伴う、上記両軌道輪の中心軸同士のずれ角度が分からない限り、これら両軌道輪同士の前後方向に亙る相対変位量、延てはこれら両軌道輪同士の間に加わる前後方向に作用するラジアル荷重を精度良く求められない。
【００２６】
この様な原因での、前後方向に作用するラジアル荷重の測定精度の悪化は、このラジアル荷重を求める為のエンコーダ及びセンサを、前述の図１２に示す様に、回転側軌道輪及び静止側軌道輪の軸方向端部に設置する場合に、特に著しくなる。これに対して、これらエンコーダ及びセンサを、前述の図８、１８に示す様に、複列の転動体の間部分に設置すれば、上記ラジアル荷重の測定精度の悪化を或る程度抑えられる。但し、上記エンコーダ及びセンサを上記間部分に設置する事は、転がり軸受ユニットの荷重測定装置の小型・軽量化や静止側軌道輪の強度確保の面から難しい事も考えられる。更に、上記エンコーダ及びセンサを上記間部分に設置した場合でも、これら各部材を回転側軌道輪及び静止側軌道輪の軸方向端部に設置する場合に比べて誤差は小さくなるものの、理論的には誤差は生じる為、必要とする精度によっては、必ずしも十分な対策とは言えない場合がある。
【００２７】
【特許文献１】特開２００５−３１０６３号公報
【非特許文献１】青山元男著、「レッドバッジスーパー図解シリーズ／クルマの最新メカがわかる本」、ｐ．１３８−１３９、ｐ．１４６−１４９、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、転がり軸受ユニットに対する荷重の作用点の変動に拘らず、ラジアル荷重を精度良く求められる転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものである。
又、上記荷重測定装置は、エンコーダと、センサ装置と、演算器とを備える。
このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する部分に、この回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する部分と同心に設けられている。そして、周面の特性を交互に変化させると共に、この変化の位相又はピッチを軸方向に関して漸次変化させている。
又、上記センサ装置は、回転しない部分に支持されたもので、それぞれの検出部を上記エンコーダの周面の互いに異なる位置に対向させた複数個のセンサを備える。
上記演算器は、第一〜第三の機能を有する。
このうちの第一の機能では、上記各センサの出力信号同士の間に存在する差に基づいて、上記両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求める。
又、上記第二の機能では、これら両軌道輪同士の相対変位の方向及び量に基づいて、これら両軌道輪同士の間に作用するラジアル荷重を測定する為の適正位置を求める。
更に、上記第三の機能では、この適正位置に基づいて、上記ラジアル荷重を求める。
【００３０】
又、本発明を実施する場合に、エンコーダとセンサとを組み合わせて、各部の変位の方向及び量を求める為の構造としては、各部毎に１対ずつのセンサの出力信号同士の間の位相差に基づく構造と、各部毎に１個のセンサの出力信号のデューティ比から求める構造との、何れも採用できる。
【００３１】
このうちの位相差に基づく構造の場合には、請求項２に記載した様に、エンコーダとして、周面のうちで互いに軸方向に外れた２個所位置に設けられた第一、第二の特性変化部を備えたものを使用し、これら両特性変化部の特性を、円周方向に関して交互に、且つ、互いに同じピッチで変化させる。
又、少なくとも上記第一の特性変化部の特性変化の位相を軸方向に関し、上記第二の特性変化部と異なる状態で漸次変化させる。
又、各センサのうちの一部である１対のセンサを、円周方向に関して互いに同位置で、上記第一の特性変化部と上記第二の特性変化部とに対向させる。又、円周方向に関して別の個所に設けた他の１対のセンサを、円周方向に関して互いに同位置で、上記第一の特性変化部と上記第二の特性変化部とに対向させる。
そして、演算器は、第一の機能で、円周方向に異なる各部毎に１対ずつ設けたセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、これら各部での両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求め、更に、これら各部でのこれら両軌道輪同士の相対変位の方向及び量に基づいて、これら両軌道輪全体での相対変位の方向及び量を求める。
【００３２】
上述の様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項３に記載した様に、センサを、３対、６個設ける。そして、第一のセンサの対をエンコーダの上端部で、第二のセンサの対をエンコーダの下端部で、第三のセンサの対をエンコーダの水平方向端部で、それぞれエンコーダの周面に設けた第一の特性変化部と第二の特性変化部とに対向させる。そして、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる、これら両軌道輪の軸方向に対し直角方向である、水平方向（前後方向）のラジアル荷重を求める。
或いは、請求項６に記載した様に、第一のセンサの対をエンコーダの上端部又は下端部で、第二のセンサの対をエンコーダの水平方向一端部で、第三のセンサの対をエンコーダの水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に設けた第一の特性変化部と第二の特性変化部とに対向させる事もできる。この場合に上記演算器は、第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる上下方向のラジアル荷重を求める。
或いは、請求項７に記載した様に、センサを、４対、８個設ける。そして、第一のセンサの対をエンコーダの上端部で、第二のセンサの対をエンコーダの下端部で、第三のセンサの対をエンコーダの水平方向一端部で、第四のセンサの対を水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に設けた第一の特性変化部と第二の特性変化部とに対向させる。この場合に上記演算器は、第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる、これら両軌道輪の中心軸に対し直角方向である水平方向のラジアル荷重、及び、上下方向のラジアル荷重を求める。
【００３３】
上記請求項３、６、７に記載した発明のうち、請求項３に記載した発明を実施する場合に、より具体的には、例えば請求項４に記載した様に、演算器は、第一の機能で、次の様にして、上記両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求める。
先ず、第一のセンサの対に関する位相差に基づいてエンコーダの上端部の軸方向変位△ｙU を、第二のセンサの対に関する位相差に基づいてこのエンコーダの下端部の軸方向変位△ｙB を、それぞれ求める。
次いで、上記上下両端部の軸方向変位△ｙU 、△ｙB に基づいて、このエンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC 、及び、前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘを、それぞれ求める。この前後方向とは、軸方向に対し直角な水平方向である。
次いで、この前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと、上記エンコーダの上下両端部で、第一、第二の特性変化部の何れかで同じ特性変化部に対向する、上下１対のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差とに基づいて、上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC を求める。
一方、第三のセンサの対に関する位相差に基づいて、上記エンコーダの前後方向端部の軸方向変位△ｙS を求める。
次いで、この前後方向端部の軸方向変位△ｙS と、上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とから、上下方向軸ｚ回りの傾斜角度Ｒｚを求める。
【００３４】
又、上記演算器は、第二の機能で、上記前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とのうちの少なくとも一方に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に加わるアキシアル荷重Ｆｙを求める。
又、必要に応じて（測定精度をより向上させる為には）、請求項５に記載した様に、上記アキシアル荷重Ｆｙを求めると共に、上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC と上記前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘとに基づいて、各転動体に付与されている予圧を求める。
そして、この予圧と上記アキシアル荷重Ｆｙとに基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との前後方向に関する変位△ｘを測定するのに適切な、軸方向位置に関する距離Ｌを求める。
【００３５】
更に、上記演算器は、上記軸方向位置に関する距離Ｌを求めてから、第三の機能で、上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC と上記上下方向軸ｚ回りの傾斜角度Ｒｚとに基づいて、上記距離Ｌに対応する、この前後方向に関する適正位置での変位△ｘBESTを求める。
そして、上記適正位置での変位△ｘBESTに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に水平方向に加わるラジアル荷重Ｆｘを求める。
尚、請求項６、７に記載した発明を実施する場合にも、各荷重或いは変位の方向を変えるだけで、上述した請求項４に記載した発明と同様に実施できる。
【００３６】
又、本発明を実施する場合で、各部の変位の方向及び量を、各部毎に１個ずつ配置したセンサの出力信号のデューティ比から求める構造を採用する場合には、例えば請求項８に記載した様に、エンコーダとして、周面に互いに異なる特性を有する第一特性部と第二特性部とを交互に配置したものを使用する。
そして、この周面の円周方向に関する幅を、この第一特性部に関しては軸方向一端から他端に向けて漸増させ、上記第二特性部に関しては軸方向一端から他端に向けて漸減させる。
そして、演算器は、第一の機能で、円周方向に異なる各部に１個ずつ設けたセンサの出力信号のデューティ比に基づいて、これら各部での両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求め、更に、これら各部でのこれら両軌道輪同士の相対変位の方向及び量に基づいて、これら両軌道輪全体での相対変位の方向及び量を求める。
【００３７】
上述の様な請求項８に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項９に記載した様に、センサを３個設け、第一のセンサをエンコーダの上端部で、第二のセンサをエンコーダの下端部で、第三のセンサをエンコーダの水平方向端部で、それぞれエンコーダの周面に対向させる。そして、演算器は、第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる、これら両軌道輪の軸方向に対し直角方向である、水平方向のラジアル荷重を求める。
或いは、請求項１２に記載した様に、センサを３個設け、第一のセンサをエンコーダの上端部又は下端部で、第二のセンサをエンコーダの水平方向一端部で、第三のセンサをエンコーダの水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に対向させる。そして、演算器は、第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる上下方向のラジアル荷重を求める。
或いは、請求項１３に記載した様に、センサを４個設け、第一のセンサをエンコーダの上端部で、第二のセンサをエンコーダの下端部で、第三のセンサをエンコーダの水平方向一端部で、第四のセンサを水平方向他端部で、それぞれエンコーダの周面に対向させる。そして、演算器は第三の機能で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる水平方向のラジアル荷重及び上下方向のラジアル荷重を求める。
【００３８】
上記請求項９、１２、１３に記載した発明のうち、請求項９に記載した発明を実施する場合に、より具体的には、例えば請求項１０に記載した様に、演算器は、第一の機能で、次の様にして、上記両軌道輪同士の相対変位の方向及び量を求める。
先ず、第一のセンサの出力信号のデューティ比に基づいてエンコーダの上端部の軸方向変位△ｙU を、第二のセンサの出力信号のデューティ比に基づいてこのエンコーダの下端部の軸方向変位△ｙB を、それぞれ求める。
次いで、上記上下両端部の軸方向変位△ｙU 、△ｙB に基づいて、このエンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC 、及び、この軸に対し直角な水平方向である前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘを、それぞれ求める。
次いで、この前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと、上記第一、第二のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差とに基づいて、上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC を求める。
一方、第三のセンサのデューティ比に基づいて、上記エンコーダの前後方向端部の軸方向変位△ｙS を求める。
次いで、この水平方向端部の軸方向変位△ｙS と、上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とから、上下方向軸ｚ回りの傾斜角度Ｒｚを求める。
【００３９】
又、上記演算器は、第二の機能で、上記前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC とのうちの少なくとも一方に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に加わるアキシアル荷重Ｆｙを求める。
又、必要に応じて（測定精度をより向上させる為には、）請求項１１に記載した様に、上記アキシアル荷重Ｆｙを求めると共に、上記エンコーダの中心部での軸方向変位△ｙC と上記前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘとに基づいて、各転動体に付与されている予圧を求める。
そして、この予圧と上記アキシアル荷重Ｆｙとのうちの少なくともアキシアル荷重Ｆｙに（好ましくは予圧及びアキシアル荷重Ｆｙに）基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との前後方向に関する変位△ｘを測定するのに適切な、軸方向位置に関する距離Ｌを求める。
【００４０】
更に、上記演算器は、上記軸方向位置に関する距離Ｌを求めてから、第三の機能で、上記エンコーダの中心の前後方向の変位△ｘC と上記上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚとに基づいて、上記距離Ｌに対応する、この前後方向に関する適正位置での変位△ｘBESTを求める。
そして、この適正位置での変位△ｘBESTに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に水平方向に加わるラジアル荷重Ｆｘを求める。
尚、請求項１２、１３に記載した発明を実施する場合にも、各荷重或いは変位の方向を変えるだけで、上述した請求項１０に記載した発明と同様に実施できる。
【００４１】
本発明の実施に供する転がり軸受ユニットとして、具体的には、請求項１４に記載した様に、静止側軌道輪を外輪とする。又、回転側軌道輪を、この外輪の内径側に配置されて車輪と共に回転するハブとする。そして、転動体を、このハブの外周面に形成された複列の内輪軌道と上記外輪の内周面に形成された複列の外輪軌道との間に複列に分けて、両列同士の間で接触角の方向を互いに逆にした状態で設ける。
この場合に、例えば、請求項１５に記載した様に、エンコーダをハブの軸方向内端部に、このハブよりも軸方向内方に突出する状態で、このハブと同心に支持固定する。そして、各センサを、外輪の軸方向内端部に支持固定されたカバーの内周面に設置する。
或いは、請求項１６に記載した様に、ハブの軸方向外端部に、このハブと同心に支持固定されたディスクロータの外周面に、エンコーダを設ける。そして、各センサを、懸架装置を構成する部材の一部に設置する。
或いは、請求項１７に記載した様に、ハブの軸方向内端部にこのハブと同心に支持固定された等速ジョイントの外周面に、エンコーダを設ける。そして、各センサを、懸架装置を構成する部材の一部に設置する。
【発明の効果】
【００４２】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、転がり軸受ユニットに対する荷重の作用点の変動に拘らず、ラジアル荷重を精度良く求められる。即ち、タイヤの偏摩耗や空気圧不足、或いはキャンバ角の変化等によって、路面から車輪を介してこの転がり軸受ユニットに負荷される荷重の作用点が変動すると、この変動に伴って静止側軌道輪の中心軸と回転側軌道輪の中心軸とがずれる（傾斜する）。この様な中心軸同士のずれの方向及び大きさは、上記作用点の変動の方向及び大きさに基づいて変化する。従って、この様なずれの方向及び大きさから、逆に、この作用点の変動の方向及び大きさを求められる。そして、この作用点の変動の方向及び大きさが分かれば、各センサの位置が固定のままでも、これら各センサの出力信号に基づいて、上記静止側、回転側両軌道輪同士の間に加わるラジアル荷重を精度良く求められる。即ち、上記各センサの出力信号に基づいて、これら各センサを設置した部分に加わっていると考えられるラジアル荷重の予測値を求めた後、上記作用点の変動の方向及び大きさに基づいてこの予測値に修正を加える事で、実際に上記静止側、回転側両軌道輪同士の間に加わっているラジアル荷重を求めれば、このラジアル荷重の測定精度を高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、車輪支持用転がり軸受ユニット２５に、荷重測定装置２０を組み込んで成る。このうちの車輪支持用転がり軸受ユニット２５の構造は、前述の図８、１２に示した先発明に係る構造と同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。一方、上記荷重測定装置２０は、回転側軌道輪であるハブ２の軸方向内端部に外嵌固定された１個のエンコーダ４ｅと、上記転がり軸受ユニットを構成する外輪１の軸方向内端開口部に被着されたカバー２１に支持された６個のセンサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2 と、図示しない演算器とを備える。
【００４４】
このうちのエンコーダ４ｅは、軟鋼板等の磁性金属板製で、特性変化部である外周面先端寄り（軸方向内半寄り）部分に、第一、第二の特性変化部２３、２４を設けており、上記転がり軸受ユニットを構成する上記ハブ２の内端部に、このハブ２と同心に支持固定されている。上記両特性変化部２３、２４は、それぞれが「く」字形のスリット状である多数の透孔６、６と、「く」字形の柱部７、７とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で形成して成るものである。
【００４５】
上記両特性変化部２３、２４のうちの第一の特性変化部２３は、エンコーダ４ｅの軸方向（図１〜３の左右方向）に関して、上記各透孔６、６及び上記各柱部７、７の片半部であり、特性変化の位相が上記エンコーダ４ｅの軸方向に対して所定方向に所定角度で漸次変化している。これに対して、上記第二特性変化部２４は、上記エンコーダ４ｅの軸方向に関して、上記各透孔６、６及び上記各柱部７、７の他半部であり、特性変化の位相が上記エンコーダ４ｅの軸方向に対して上記所定方向と逆方向に上記所定角度と同じ角度で漸次変化している。尚、上記第一の特性変化部２３を構成する各透孔と、上記第二の特性変化部２４を構成する各透孔とは、図１〜３に示す様に連続した状態で形成しても、或いは、前述の図１６、１７に示す様に、互いに独立させて形成しても良い。
【００４６】
又、上記特性変化部の上下両端部と水平方向一端部との３個所位置に、それぞれ２個ずつ、合計６個のセンサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2 を設けている。即ち、上記エンコーダ４ｅの上端部上方にこのうちの２個のセンサ２２ａ1 、２２ａ2 を、下端部下方に２個のセンサ２２ｂ1 、２２ｂ2 を、水平方向一端部に残り２個のセンサ２２ｃ1 、２２ｃ2 を、それぞれ配置している。そして、これら３個所位置に設けた２個ずつのセンサのうちの一方のセンサ２２ａ1 、２２ｂ1 、２２ｃ1 の検出部を上記第一の特性変化部２３に、他方のセンサ２２ａ2 、２２ｂ2 、２２ｃ2 の検出部を上記第二の特性変化部２４に、それぞれ対向させている。上記各センサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2 の検出部は、外力が作用せず、前記外輪１と前記ハブ２とが中立状態（互いに中心軸が一致し、アキシアル方向の変位も生じていない状態）にある場合には、上記第一の特性変化部２３或いは上記第二の特性変化部２４の幅方向中央部に対向する。又、外力が作用しない状態で、上記エンコーダ４ｅの円周方向に関する位相は、対となるセンサ２２ａ1 、２２ａ2 、同じくセンサ２２ｂ1 、２２ｂ2 、同じくセンサ２２ｃ1 、２２ｃ2 の検出部同士で、互いに一致する。
【００４７】
上述の様な各センサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2 とエンコーダ４ｅとを組み込んだ本例の場合には、これら各センサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2 の検出信号を送り込まれる演算器が、次の様な機能により、前記転がり軸受ユニットを構成する外輪１と同じくハブ２との間に加わる前後方向のラジアル荷重Ｆｘを精度良く求める。
【００４８】
このラジアル荷重Ｆｘを求める為に、先ず、第一のセンサの対である、エンコーダ４ｅの上端部上方に配置した２個のセンサ２２ａ1 、２２ａ2 の出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記エンコーダ４ｅの上端部の軸方向変位△ｙU を求める。又、第二のセンサの対である、このエンコーダ４ｅの下端部下方に配置した２個のセンサ２２ｂ1 、２２ｂ2 の出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記エンコーダ４ｅの下端部の軸方向変位△ｙB を求める。
【００４９】
次いで、上記上下両端部の軸方向変位△ｙU 、△ｙB に基づいて、上記エンコーダ４ｅの中心部での軸方向変位△ｙC 及び前後方向軸（ｘ軸）回りの傾斜角度Ｒｘを、それぞれ求める。このうち、上記外輪１と上記ハブ２との間の、純アキシアル方向の変位量である軸方向変位△ｙC は、次の（１）式により求められる。
△ｙC ＝（△ｙU ＋△ｙB ）／２  −−−  （１）
又、上記上下両端部の変位量△ｙU 、△ｙB と上記エンコーダ１７の外周面の半径ｒとから、次の（２）式により、上記外輪１の中心軸に対する上記エンコーダ１７の中心軸の、前後方向軸（ｘ軸）回りの傾斜角度Ｒｘを求められる。
Ｒｘ＝（△ｙU −△ｙB ）／２ｒ  −−−  （２）
【００５０】
ところで、前記エンコーダ４ｅの外周面に設けた第一、第二の特性変化部２３、２４のうちで同じ特性部の上下両端部に対向する１対のセンサ（例えば第一の特性変化部２３の上下両端部にそれぞれの検出部を対向させたセンサ２２ａ1 、２２ｂ1 、或いは、第二の特性変化部２４の上下両端部にそれぞれの検出部を対向させたセンサ２２ａ2 、２２ｂ2 ）の出力信号同士の間に存在する位相差は、上記エンコーダ４ｅの前後方向（ｘ方向）の変位△ｘと上記前後方向軸（ｘ軸）回りの傾斜角度Ｒｘとにのみ比例する。言い換えれば、上記同じ特性部の上下両端部に対向する１対のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差は、前記外輪１及びハブ２の軸方向（ｙ軸方向）の変位や、上下方向（ｚ軸方向）の変位、更には上下方向軸（ｚ軸）回りの傾斜角度Ｒｚの影響は受けない。
【００５１】
そこで、例えば、上記前後方向軸ｘ回りの傾斜角度Ｒｘと、上記第一の特性変化部２３の上下両端部にそれぞれの検出部を対向させたセンサ２２ａ1 、２２ｂ1 （或いは、第二の特性変化部２４の上下両端部にそれぞれの検出部を対向させたセンサ２２ａ2 、２２ｂ2 ）の出力信号同士の間に存在する位相差とに基づいて、上記エンコーダ４ｅの中心の水平方向の変位△ｘC を求める。
【００５２】
一方、第三のセンサの対である、前記水平方向一端部に配置した２個のセンサ２２ｃ1 、２２ｃ2 の出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記エンコーダ４ｅの水平方向端部の、上記外輪１及びハブ２の軸方向（ｙ軸方向）の変位△ｙS を求める。
次いで、この水平方向端部の軸方向変位△ｙS と、上記エンコーダ４ｅの中心部での軸方向変位△ｙC 、即ち、前述の様にして求めた純アキシアル方向の変位量△ｙC とから、上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚを求める。
【００５３】
前述の様にして求められる、上記純アキシアル方向の変位量△ｙC や上記傾斜角度Ｒｘと、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆｙとの間には、例えば図４に示す様な一定の関係（図４に示す様な一次関数的とは限らない）がある。そして、この様な関係は、転がり軸受の分野で広く知られている弾性接触理論に基づいて数学的処理により求められる他、実験により求める事もできる。そこで、上記純アキシアル方向の変位量△ｙC や上記傾斜角度Ｒｘと、上記アキシアル荷重Ｆｙとの関係を予め求めておき、前記演算器中にインストールするソフトウェア中に組み込んでおけば、前記各センサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 の出力信号に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆｙを求められる。この場合に、上記純アキシアル方向の変位量△ｙC に基づいてアキシアル荷重Ｆｙを求めても、或いは上記傾斜角度Ｒｘに基づいて求めても、更には両方に基づいて求めても（例えば両方から求められる値を平均化しても）良い。
【００５４】
又、このアキシアル荷重Ｆｙを求めると共に、前記エンコーダ４ｅの中心部での軸方向変位△ｙC と上記前後方向軸回りの傾斜角度Ｒｘとに基づいて、各転動体３、３に付与されている予圧を求める。これら軸方向変位△ｙC と傾斜角度Ｒｘとに基づいてこの予圧を求める処理に就いて、前述の図１３及び図５〜６を参照しつつ説明する。図１３に示す様な複列転がり軸受ユニットである車輪支持用転がり軸受ユニット２５に、回転中心から径方向に外れた位置に加わるアキシアル荷重、或いは、１対の転動体列の中心から外れた位置に加わるラジアル荷重の様な、偏荷重が加わった場合に就いて考える。この場合に、上記車輪支持用転がり軸受ユニット２５を構成する外輪１とハブ２とは、それぞれの中心軸同士を傾斜させつつ、荷重の作用方向に相対変位（遠近動）する。例えば、旋回走行時等に、車輪１１を構成するタイヤ１２と路面１３との当接部（接地面）からアキシアル荷重が、上記外輪１及びハブ２の中心から径方向に外れた（オフセットした）位置に、偏荷重として加わる。そして、この偏荷重によって、これら外輪１とハブ２とが、相対変位する。
【００５５】
この場合に於いて、上記アキシアル荷重は上記車輪支持用複列転がり軸受ユニット２５に対し、上記外輪１及びハブ２の軸方向に加わる（純）アキシアル荷重と、これら外輪１及びハブ２の中心軸同士を傾斜させる力となるモーメントとが合成された荷重（力）として加わる。従って、上記外輪１とハブ２との間には、（純）アキシアル方向の変位と、中心軸同士の傾斜とが同時に発生する。この様な、荷重及びモーメントに基づく、アキシアル方向の変位及び中心軸同士の傾斜は、上記車輪支持用複列転がり軸受ユニット２５を構成する転動体３、３に付与されている予圧が小さい程著しくなる。即ち、この予圧が低下する程、上記車輪支持用複列転がり軸受ユニット２５の剛性が低下し、上記偏荷重に基づく、上記アキシアル方向の変位量△ｙC 及び上記中心軸同士の傾斜角度Ｒｘが大きくなる。逆に、上記予圧が高い程、上記車輪支持用複列転がり軸受ユニット２５の剛性も高くなり、上記偏荷重に基づく、上記アキシアル方向の変位量△ｙC 及び上記中心軸同士の傾斜角度Ｒｘが小さくなる。
【００５６】
但し、上記予圧の変化に伴う、上記アキシアル方向の変位量△ｙC 及び上記傾斜角度Ｒｘの変化量は同じではない。例えば、上記予圧が低下した場合に於ける、上記アキシアル方向の変位量△ｙC の増加量と上記傾斜角度Ｒｘの増加量とを比較した場合、アキシアル方向の変位量△ｙC の増加量の方が著しくなる。この理由は、上記予圧の作用方向（この予圧を付与する際の押し付け方向）が、上記アキシアル方向と一致している為である。即ち、上記予圧の低下は、そのままアキシアル方向の変位量△ｙC の増加に結び付くのに対して、上記傾斜角度Ｒｘの増加にそのままは結び付かない。反対に、上記予圧の上昇は、そのままアキシアル方向の変位量△ｙC の低減に結び付くのに対して、上記傾斜角度Ｒｘの低減にそのままは結び付かない。
【００５７】
図５は、上述の図１３に示した構造で、タイヤ１２と路面１３との接触部（接地面）からアキシアル荷重が加わった場合に発生する、外輪１とハブ２との間の（純）アキシアル方向の変位量△ｙC と傾斜角度Ｒｘとの関係を示している。図５のうちの（Ａ）は、上記アキシアル荷重とアキシアル方向の変位量△ｙC との関係を、同じく（Ｂ）は、このアキシアル荷重と上記傾斜角度Ｒｘとの関係を、それぞれ表している。又、（Ａ）（Ｂ）に於いて、実線ａは、各転動体３、３に付与されている予圧が適正（標準）である場合を、破線ｂはこの予圧が過小である場合を、鎖線ｃは同じく過大である場合を、それぞれ示している。図５の（Ａ）に示した実線ａと、破線ｂ及び鎖線ｃとの差（交差角度）と、同じく（Ｂ）に示した実線ａと、破線ｂ及び鎖線ｃとの差（交差角度）とを比較すれば明らかな通り、予圧変動を受ける程度は、アキシアル方向の変位量△ｙC の方が、傾斜角度Ｒｘに比べて著しい。
【００５８】
これらを勘案すれば、アキシアル方向の変位量△ｙC と傾斜角度Ｒｘとの比をパラメータとして使用すれば、図６に示す様な関係を求められ、上記接地面に作用しているアキシアル荷重の大きさに関係なく、上記各転動体３、３に付与されている予圧を求められる事が分かる。即ち、この予圧を求めるには、前述した様にして、上記外輪１と上記ハブ２との間の、アキシアル方向の変位量△ｙC と傾斜角度Ｒｘとを求めてから、上記比を算出する。次いで、この比を上記図６の縦軸に当て嵌めれば、上記各転動体３、３に付与されている予圧を求められる。尚、この図６でも、上記図５と同様に、実線ａは、各転動体３、３に付与されている予圧が適正（標準）である場合を、破線ｂは、この予圧が過小である場合を、鎖線ｃは、同じく過大である場合を、それぞれ示している。要するに、図５〜６に示した、予圧と、アキシアル方向の変位量△ｙC と、傾斜角度Ｒｘとの関係から分かる様に、これら三つの要素のうち、アキシアル方向の変位量△ｙC と傾斜角度Ｒｘとが分かれば、残りの一つの要素である予圧を求められる。本例の場合には、上述の様な特性を利用して、上記各転動体３、３に付与されている予圧を求める。
【００５９】
前記演算器は、上述の様にして、上記各転動体３、３に付与されている予圧を求めたならば、上記外輪１と上記ハブ２との間に作用する前後方向のラジアル荷重Ｆｘを求める為の前後方向に関する変位△ｘを測定するのに適切な、軸方向位置に関する距離Ｌ（図２）を求める。この距離Ｌは、上記予圧と、前述の様にして求めたアキシアル荷重Ｆｙとに基づいて求める。この様に、予圧とアキシアル荷重Ｆｙとに基づいて上記軸方向位置に関する距離Ｌを求める為に、前記車輪支持用複列転がり軸受ユニット２５の剛性に関する特性（ラジアル荷重と径方向に関する変位との関係）を、転がり軸受ユニットの技術分野で広く知られている弾性接触理論を利用したシミュレーションにより、或いは既知の荷重を付与しつつ各部の変形量を測定する実験により、予め求めておく。そして、その時点での上記予圧及びアキシアル荷重Ｆｙと上記剛性に関する特性とを勘案して、上記軸方向位置に関する距離Ｌを求める。この点に就いては、後で、図７を参照しつつ、詳しく説明する。
【００６０】
更に、前記演算器は、上記軸方向位置に関する距離Ｌを求めてから、第三の機能で、上記エンコーダ４ｅの中心の前後方向の変位△ｘC と前述の様にして求めた上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚとから、上記距離Ｌに対応する、この前後方向に関する適正位置での変位△ｘBESTを求める。この適正位置での変位△ｘBESTは、何れかの位置での上記前後方向の変位△ｘC と、上記上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚと、上記距離Ｌとが分かれば、幾何学的に求められる。そして、この様にして求めた、上記適正位置での変位△ｘBESTに基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に水平方向に加わるラジアル荷重Ｆｘを求める。
この様にしてこのラジアル荷重Ｆｘを求めれば、上記外輪１と上記ハブ２とが上下方向軸回りに変位した場合でも（上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚの存在に拘らず）、上記ラジアル荷重Ｆｘを精度良く求められる（傾斜角度Ｒｚに基づく誤差を修正できる）。この点に就いて、図７を参照しつつ説明する。
【００６１】
先ず、図７の（Ａ）は、アキシアル荷重が作用しない状態で、前述した様に、タイヤの偏摩耗や空気圧不足、或いはキャンバ角の変化等によって前後方向に加わる荷重（水平方向のラジアル荷重）Ｆｘの作用点がずれ、上述した様な、上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚが発生する状態に就いて示している。又、矢印α、β、γは、それぞれ水平方向のラジアル荷重Ｆｘの作用点及び作用方向を表している。このうちの矢印αは、この作用点が車輪支持用転がり軸受ユニット２５の中心位置（複列に配置した転動体３、３の列間中央）に存在する場合を示している。この場合には、ハブ２の中心軸が実線αで示す様に、外輪１の中心軸ｙと平行になる。又、矢印βは、上記作用点が上記車輪支持用転がり軸受ユニット２５の軸方向外寄りに偏った場合を示している。この場合には、ハブ２の中心軸が破線βで示す様に、軸方向外側程外輪１の内周面に近づく方向に傾斜する。更に、矢印γは、上記作用点が上記車輪支持用転がり軸受ユニット２５の軸方向内寄りに偏った場合を示している。この場合には、ハブ２の中心軸が鎖線γで示す様に、軸方向内側程これら外輪１の内周面に近づく方向に傾斜する。
【００６２】
尚、図７の（Ａ）では、車輪支持用転がり軸受ユニット２５を構成する各転動体３、３と外輪１及びハブ２との各係合部の接触剛性を、模式的にばねで表すと共に、これら各係合部の接触剛性を線形ばねと仮定している。又、一般的な車輪支持用転がり軸受ユニット２５では、上記各転動体３、３に背面組み合わせ型の接触角と共に、予圧を付与している。この様な構造では、上記外輪１とハブ２とのラジアル方向（図７の上下方向）に関する変位量△ｘは、複列に配置した転動体３、３の列間中央部では、上記作用点の位置とは無関係に一定になる。この為、上記変位△ｘを上記列間中央部で測定すれば、上記水平方向のラジアル荷重Ｆｘの作用点位置の変動の影響を受けずに、このラジアル荷重Ｆｘを精度良く求められる事になる。これに対して、前述の図１、２に示す様に、エンコーダ４ｅを軸方向端部に設置し、この端部で上記変位△ｘを測定すると、上記ラジアル荷重Ｆｘの値が同じであっても、この変位△ｘの測定値が異なってしまう。従って、この変位△ｘを軸方向端部で測定する場合には、前述した様にして求められる、上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚによる修正が必要になる。この場合に、上記各係合部の接触剛性が図７の（Ａ）に示す様に線形であれば、この（Ａ）から明らかな通り、上記上下方向軸回りの（傾斜方向を含めて）傾斜角度Ｒｚ（及び上記列間中央部とエンコーダの設置位置との距離）に基づいて、上記軸方向端部で測定した変位△ｘの値を、上記列間中央部での値に補正する事は容易である。
【００６３】
但し、上記車輪支持用転がり軸受ユニット２５を含め、実際の転がり軸受ユニットの場合には、ヘルツの弾性接触理論等から広く知られている様に、各転動体３、３と外輪１及びハブ２との各係合部の接触剛性は非線形である｛図７の（Ｂ）のばねを、非線形ばねと考えるべきである｝。即ち、上記各係合部の接触剛性は、各接触部に加わる力が小さい場合には小さく、この力が大きくなるに従って大きくなる。又、これら各接触部に加わる力は、図７の（Ｂ）に示す様にアキシアル荷重Ｆｙが作用した場合に、各列の転動体３、３同士の間で互いに異なった値となる。即ち、上記車輪支持用転がり軸受ユニット２５に、図７の（Ｂ）に示す様に軸方向内向のアキシアル荷重Ｆｙが作用すると、このアキシアル荷重Ｆｙを負荷する、軸方向外側の転動体３、３の接触荷重が大きくなって、この軸方向外側部分の剛性が大きくなる。これに対して、上記アキシアル荷重Ｆｙを負荷しない、軸方向内側の転動体３、３の接触荷重が小さくなって、この軸方向内側部分の剛性が小さくなる。
【００６４】
この様な状態で、上記車輪支持用転がり軸受ユニット２５に、前述した図７の（Ａ）に示した場合と同様、矢印α、β、γで示す様に、軸方向に異なる３個所位置に水平方向のラジアル荷重Ｆｘが作用した場合、このラジアル荷重Ｆｘに基づいて上記ハブ２の中心軸が、それぞれ実線α、破線β、鎖線γで示す位置に変位する。これら実線α、破線β、鎖線γと上記各矢印α、β、γとの対応は、前述した図７の（Ａ）の場合と同様である。この様な図７の（Ｂ）から明らかな通り、上記各転動体３、３と上記外輪１及び上記ハブ２との各係合部の接触剛性が非線形であり、しかも上記車輪支持用転がり軸受ユニット２５に上記アキシアル荷重Ｆｙが加わった場合でも、上記実線αと上記破線βと上記鎖線γとの交点は存在する。この交点では、上記水平方向のラジアル荷重Ｆｘの作用位置に関係なく、このラジアル荷重Ｆｘの大きさが同じであれば、上記外輪１とハブ２とのラジアル方向に関する変位量△ｘが同じになる。従って、前記エンコーダ４ｅの設置位置（前記センサ２２ａ1 、２２ｂ1 、或いはセンサ２２ａ2 、２２ｂ2 によりこのエンコーダ４ｅの水平方向のラジアル変位△ｘを求める位置）から上記交点迄の軸方向距離Ｌ（図２）を求めれば、上記水平方向のラジアル荷重Ｆｘの作用位置に関係なく、このラジアル荷重Ｆｘを正確に求められる位置が分かる。但し、上記軸方向距離Ｌは、上記アキシアル荷重Ｆｙや予圧の値により変化する。
【００６５】
そこで、これら予圧とアキシアル荷重Ｆｙとに基づいて上記軸方向距離Ｌを求める為に、前述した通り、上記車輪支持用複列転がり軸受ユニット２５の剛性に関する特性（ラジアル荷重と径方向に関する変位との関係）を、転がり軸受ユニットの技術分野で広く知られている弾性接触理論を利用したシミュレーションにより、或いは既知の荷重を付与しつつ各部の変形量を測定する実験により、予め求めておく。そして、その時点での上記予圧及びアキシアル荷重Ｆｙと上記剛性に関する特性とを勘案して、上記軸方向位置に関する距離Ｌを求める。要するに、上記軸方向距離Ｌは、前記車輪支持用転がり軸受ユニット２５の中心位置に関する値を標準値として、図７の（Ｂ）に矢印で示す様に、軸方向内向きのアキシアル荷重Ｆｙが作用する場合にはこの標準値よりも大きく、且つ、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる程度が著しくなる。これに対して、図７の（Ｂ）に矢印とは逆に、軸方向外向きのアキシアル荷重Ｆｙが作用する場合にはこの標準値よりも小さく、且つ、このアキシアル荷重が大きくなる程小さくなる程度が著しくなる。
【００６６】
従って、上記アキシアル荷重Ｆｙの方向及び大きさが分かれば、作用点位置の影響を受けずに前後方向のラジアル荷重Ｆｘを検出する為に適正な位置に関する、上記軸方向距離Ｌを求められる。尚、この軸方向距離Ｌには、上記アキシアル荷重Ｆｙの他、前記各転動体３、３に付与されている予圧の大小も影響する。即ち、元々の予圧が大きい程、上記アキシアル荷重Ｆｙが加わる事に伴う剛性変化の割合は小さくなるので、上記作用点位置の変動は小さくなる。従って、上記前後方向のラジアル荷重Ｆｘをより精度良く求める為には、上記アキシアル荷重Ｆｙに加えて、上記予圧の値も勘案し、上記最適位置に関する軸方向距離Ｌを求める事が好ましい。但し、この軸方向距離の変化に対する上記予圧の影響は、上記アキシアル荷重Ｆｙの影響に比べれば小さい為、上記前後方向のラジアル荷重Ｆｘの測定精度の要求値によっては、予圧の影響は無視しても良い。
【００６７】
何れにしても、上記軸方向位置に関する距離Ｌを求めたならば、前述の様に、前記センサ２２ａ1 、２２ｂ1 （或いはセンサ２２ａ2 、２２ｂ2 ）の出力信号同士の間に存在する位相差から求めた前記エンコーダ４ｅの中心の前後方向の変位△ｘC と、前記上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚとから、上記距離Ｌに対応する、この前後方向に関する適正位置での変位△ｘBESTを求める。そして、この様にして求めた、上記適正位置での変位△ｘBESTに基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に水平方向に加わるラジアル荷重Ｆｘを求める。上記変位△ｘBESTとこのラジアル荷重Ｆｘとの関係は、その時点で作用しているアキシアル荷重Ｆｙによって若干異なってくる。但し、このアキシアル荷重による影響は、予め変位△ｘBESTとラジアル荷重Ｆｘとアキシアル荷重Ｆｙとの３者の関係を実験或いはシミュレーションにより調べておき、前記演算を構成するメモリ中にインストールしたソフトウェアによる、マップ収束や連立方程式等で計算すれば良い（上記アキシアル荷重Ｆｙの影響をなくして上記前後方向のラジアル荷重Ｆｘを正確に求められる）。
【００６８】
この様に本例の構造によれば、この前後方向のラジアル荷重Ｆｘの作用点が大きく変動する場合であっても、ハブ２の軸方向端部に設置したセンサ２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2 とエンコーダ４ｅとを用いて、上記前後方向のラジアル荷重Ｆｘを精度良く求められる。従って、外輪１の軸方向中間部にセンサを設置する為の貫通孔を形成する等、この外輪１の強度及び剛性低下に結び付く様な構造を採用する必要がない。しかも、アキシアル荷重Ｆｙの変動に伴って前後方向のラジアル荷重Ｆｘの最適検出位置が変化した場合でも、このラジアル荷重Ｆｘを精度良く求められる。又、上下方向軸回りの傾斜角度Ｒｚを精度良く求める事もできるので、前記車輪支持用転がり軸受ユニット２５に作用している上下方向軸回りのモーメントＭｚも精度良く検出できる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明を実施する場合に、回転側軌道輪の軸方向端部にエンコーダを設置し、複列に配置した転動体の列間を含む任意位置での、水平方向の変位を求める事が、最も本発明の効果を顕著に得られる。但し、回転側軌道輪の軸方向端部にエンコーダを設置すべきスペースを確保できず、エンコーダを列間に設置する構造で、任意位置での水平方向の変位を求める構造で、本発明を実施する事も可能である。更には、同様の構造により、水平方向の変位だけではなく、上下方向の変位の測定精度を向上させる事もできる。要するに、本発明の構造は、ラジアル方向の変位及び荷重を精度良く求める為に有効である。又、エンコーダとセンサとの組み合わせの構造は、当該エンコーダの各部の変位を求められるものであれば良く、前述の図１８、１９に示した様な、デューティ比により変位を求めるもの、或いは磁気検出式に限らず、光学式のものを使用する事もできる。又、エンコーダを、ディスクロータや等速ジョイントの様に、ハブと共に回転及び変位する部材に固定し、センサを、懸架装置等に支持する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】同じく模式図。
【図３】エンコーダの先半部とセンサとを取り出して示す模式図。
【図４】アキシアル方向の変位又は前後方向軸を中心とする傾斜角度とアキシアル荷重との関係を示す線図。
【図５】アキシアル荷重と、外径側、内径側両軌道輪部材同士の間のアキシアル方向変位又は傾斜角度と、予圧との関係を示す線図。
【図６】アキシアル荷重と、アキシアル方向変位と傾斜角度との比と、予圧との関係を示す線図。
【図７】前後方向のラジアル荷重を求める為の最適位置を求める状況を説明する為の、車輪支持用転がり軸受ユニットを上方から見た状態で示す模式図。
【図８】先発明の第１例を示す断面図。
【図９】この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図１０】アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図。
【図１１】上記先発明の第１例に組み込むエンコーダの別例を示す斜視図。
【図１２】先発明の第２例を示す断面図。
【図１３】この第２例を組み付けるべき、自動車の懸架装置と車輪とを示す略断面図。
【図１４】エンコーダが変位していない状態での、このエンコーダとセンサとの位置関係及びこれら両センサの出力信号同士の間に存在する位相差とを示す模式図。
【図１５】エンコーダが前後方向の軸回りのモーメントにより傾斜した状態を示す、図１４と同様の模式図。
【図１６】先発明の第３例を示す模式図。
【図１７】同第４例を示す模式図。
【図１８】同第５例を示す断面図。
【図１９】エンコーダを取り出して示す部分斜視図。
【図２０】車輪支持用転がり軸受ユニットに各方向の荷重が加わる状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００７１】
１、１ａ  外輪
２、２ａ  ハブ
３、３ａ  転動体
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ  エンコーダ
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ  センサ
６、６ａ、６ｂ  透孔
７、７ａ、７ｂ  柱部
８    リム部
９    円筒状部
１０    カバー
１１    車輪
１２    タイヤ
１３    路面
１４    被検出用特性部
１５、１５ａ  被検出用特性部
１６    スプライン孔
１７    凹部
１８    凸部
１９    取付孔
２０    荷重測定装置
２１    カバー
２２ａ1 、２２ａ2 、２２ｂ1 、２２ｂ2 、２２ｃ1 、２２ｃ2   センサ
２３    第一の特性変化部
２４    第二の特性変化部
２５    車輪支持用転がり軸受ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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